解决电路系统中噪声干扰的技术研究

【摘要】电路系统在自动化系统中广泛应用，其可靠性应该引起高度重视，在使用中应该注意提高设备的抗干扰能力以及解决噪声干扰问题。

【关键词】光电耦合；模拟信号；工作电源

一、噪声产生的根源

（1）内部噪声。内部噪声是由传感器或检测电路原件内部带电颗粒的无规则运动产生，如热噪声、接触不良引起的噪声等。（2）外部噪声。外部噪声是由传感器检测系统外部人为或自然干扰造成的。外部噪声的来源主要为电磁辐射，当电机、开关及其他电子设备工作时会产生电磁辐射。在检测系统中，由于原件之间或电路之间存在着分布电容或电磁场，因而容易产生寄生耦合现象。在寄生耦合的作用下，电厂、磁场及电磁波就会引入检测系统，干扰电路的正常工作。

二、噪声的抑制方法

（1）接地。“地”是电路或系统中为各个信号提供参考点位的一个等电位点或等电位面。所谓“接地”就是将某点与一个等电位点或等点未眠之间用低电阻导体连接起来，构成一个基准电位。电路或系统接地是为了清除电流流经公共地线阻抗时产生噪声电压，也可以避免受磁场或地电位差的影响。接地设计的两个基本要求是：一是消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压；二是避免形成接地环路，引进共模干扰。处理这些地线的基本原则是尽量避免或减少由接地所引起的各种干扰，同时要便于施工，节省成本。（2）屏蔽。由于检测仪表或控制系统的工作现场往往存在强电设备，这些设备的磁力线或电力线会干扰仪表或系统的正常工作。为了防止这种干扰，可利用低电阻的导电材料或高导磁率的铁磁材料制成容器，对易受干扰的部分如元件、传输导线、电路及组合件实行屏蔽，以达到阻断或抑制各种内外电磁或电场干扰的目的。屏蔽可分为三种，即电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽。电场屏蔽主要用于防止元器件或电路间因分布电容耦合形成的干扰。磁场屏蔽主要用来消除元器件或电路间因磁场寄生耦合产生的干扰，磁场屏蔽的材料一般选用高磁导系数的磁性材料。电磁屏蔽在屏蔽金属内部产生涡流而起屏蔽作用。电磁屏蔽的屏蔽体可以不接地，但一般为防止分布电容的影响，可以使电磁屏蔽的屏蔽体接地，起到兼有电厂屏蔽的作用。电场屏蔽体必须可靠接地。（3）隔离。当电路信号在两端接地时，容易形成地环路电流，引起噪声干扰。这时，常采用隔离的方法，把电路的两端从电路上隔开。隔离方法主要采用变压器隔离和光电耦合器隔离。在两个电路之间加入隔离变压器可以切断地环路，实现前后电路的隔离，变压器隔离只适用于交流电路。在直流或超低频测量系统中，常采用光电耦合的方法实现电路的隔离。

为了提高测控系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰措施是不够的，需要进一步借助软件措施克服某些干扰。软件抗干扰技术是当系统受干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪存真的一种辅助方法。因此，软件抗干扰是被动措施，而硬件抗干扰是主动措施。采用软件抗干扰的最根本前提条件是：系统中抗干扰软件不会因干扰而损坏。在单片机测控系统中，由于程序有一些重要常数都防止在ROM中，这就为软件抗干扰创造了良好的前提条件。因此，软件抗干扰的设置前提条件概括为：（1）在干扰作用下，微机系统硬件部分不会受到任何损坏，或易损坏部分设置有监测状态可供查询。（2）程序区不会受干扰侵害。系统的程序及重要常数不会因干扰侵入而变化。对于单片机系统，程序及表格、常数均固化在ROM中，这一条件自然满足；而对于一些在RAM中运行用户引用程序的微机系统，无法满足该条件。当这种系统因干扰造成运行失常时，只能在干扰过后，重新向RAM区调入应用程序。（3）RAM区中的重要数据不被破坏，或虽被破坏可以重新建立。通过重新建立的数据，系统的重新运行不会出现不可允许的状态。这些数据被破坏后，往往只引起控制系统一个短期波动，在闭环反馈环节的迅速纠正下，控制系统能很快恢复正常，这种系统都能采用软件恢复。

软件抗干扰技术所研究的主要内容：其一是采取软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声对数据采集结果的影响，如数字滤波器技术；其二是由于干扰而使运行程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环时，采取使程序纳入正规的措施，如软件陷进等。这些方法可以用软件实现，也可以采用软件硬件相结合的方法实现。

参 考 文 献

[1]蒋红平主编．数控机床维修[M]．北京：高等教育出版社

[2]周炳文主编．实用数控机床故障诊断及维修技术500例[M]．北京：中国知识出版社

[3]陈苏波等主编．三菱PLC快速入门与实例提高[M]．北京：人民邮电出版社

[4]孙传友主编．测控系统原理与设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社

[5]柳桂国主编．检测技术及应用[M]．北京：电子工业出版社

[6]曹学军等译．测量仪表与测量技术[M]．北京：机械工业出版社

[7]王伯雄等译．测量系统应用与设计[M]．北京：电子工业出版社